vignette |upright=1.5 |Vue interne de la capsule Huygens peu avant son lancement.
Huygens est le premier véhicule spatial à atterrir sur Titan. Il reste à ce jour l'atterrissage le plus éloigné de la Terre qu'un vaisseau spatial ait jamais effectué.
Cette sonde spatiale fut développée par l'Agence spatiale européenne dans le cadre de la mission Cassini-Huygens, pour recueillir des données sur l'atmosphère et la surface de Titan, un des satellites de Saturne. Cette lune est en effet le seul corps céleste du système solaire à disposer d'une atmosphère dont les processus sont proches de ceux de la Terre.
Transportée jusqu'aux abords de Saturne par l'orbiteur Cassini de la NASA, lancée en 1997, Huygens a été larguée après un transit de près de sept ans près de son objectif en . Huygens a atteint Titan le . Après avoir pénétré à environ dans l'atmosphère dense du satellite, protégée par un bouclier thermique, elle a déployé successivement, à compter de l'altitude de , plusieurs parachutes avant d'effectuer un atterrissage en douceur sur le sol.
Objectifs La mission de Huygens a pour objectif de réunir des informations sur la composition de l'atmosphère de Titan, mesurer les vents et les températures, déterminer la nature du sol du satellite et sa topographie. À cet effet la sonde dispose de six instruments mis en œuvre durant la phase de descente d'une durée de deux heures et continuant, si possible, leurs mesures durant un laps de temps équivalent après l'atterrissage jusqu'à l'épuisement des batteries. Les objectifs détaillés sont : déterminer la composition de l'atmosphère de Titan y compris les gaz nobles et les isotopes des composants les plus fréquents. Déterminer des scénarios de formation et d'évolution de Titan et de son atmosphère ; déterminer la distribution verticale et horizontale des gaz présents à l'état de trace ; rechercher les molécules organiques complexes ; déterminer les sources d'énergie utilisées par la chimie atmosphérique ; modéliser la photochimie de la stratosphère ; étudier la formation et la composition des aérosols ; mesurer les vents et les températures globales ; étudier la physique des nuages, la circulation atmosphérique générale et l'impact des saisons sur l'atmosphère ; rechercher les décharges des éclairs ; étudier l'atmosphère supérieure de Titan, son ionisation et son rôle dans la production des particules neutres et ionisées de la magnétosphère.
Construction Huygens est construite sous maîtrise d'œuvre d'Aerospatiale dans l'établissement de Cannes, en France (désormais partie de Thales Alenia Space). Une quarantaine de sociétés et d'instituts de recherche européens et américains fournissent des composants. Le bouclier thermique est construit sous la responsabilité d'Aerospatiale près de Bordeaux (désormais partie de EADS SPACE Transportation). Martin-Baker Space Systems est chargée des parachutes et des composants structurels, mécaniques et pyrotechniques contrôlant la descente de la sonde sur Titan.
Conception de la mission
La sonde Huygens est conçue pour entrer et freiner dans l'atmosphère de Titan et parachuter un laboratoire robotisé jusqu'à la surface. Lorsque la mission a été planifiée, personne ne connaissait la topographie du lieu d'atterrissage : chaîne de montagnes, plaine, océan ; l'analyse des données de Cassini devait permettre de répondre à ces questions (sur la base de photographies prises par Cassini à de Titan, le site ressemblait à un rivage). Le site pouvant ne pas être une surface solide, Huygens est conçue pour survivre à un impact avec une surface liquide (ce qui aurait été le premier contact d'un objet terrestre avec un océan extraterrestre). La sonde ne possède que trois heures d'autonomie électrique procurée par des batteries, dont la plus grande partie devant être utilisée pendant la descente. Les concepteurs n'espéraient pas plus de trente minutes de données après l'arrivée sur le sol.
La mission principale consiste en une descente en parachute à travers l'atmosphère de Titan. Les batteries de Huygens sont conçues pour une durée de mission de 153 minutes, correspondant à une durée de descente de deux heures et demie et au moins trois minutes à la surface de Titan (voire une demi-heure, ou plus). L'émetteur radio de la sonde est activé tôt pendant la descente et Cassini reçoit les signaux de Huygens pendant trois heures, soit la phase de descente et la première demi-heure après l'atterrissage. Peu de temps après cette fenêtre de trois heures, l'antenne directionnelle de Cassini est détournée de Titan et pointée vers la Terre.
Les plus grands radiotélescopes terrestres captent également la transmission de de Huygens par interférométrie à très large bande (VLBA). À 10h25 UTC le , le télescope de Green Bank (GBT) de Virginie occidentale détecte le signal porteur de la sonde Huygens. Le GBT continue par ailleurs à détecter ce signal bien après que Cassini arrête de le faire.
La puissance du signal reçu sur Terre est comparable à celle reçue par le VLA en provenance de la sonde atmosphérique de Galileo et est donc trop faible pour être détectée en temps réel à cause de la modulation induite par la télémétrie informatique (alors inconnue). Des enregistrements sont donc réalisés sur une large bande de fréquences. Après l'envoi de la télémétrie de Huygens par Cassini, ces enregistrements seront traités, permettant de déterminer la fréquence exacte du signal de la sonde, cette technique devant permettre de connaître la vitesse du vent et la direction de Huygens pendant la descente, ainsi que son lieu d'atterrissage avec une précision d'un kilomètre.
Caractéristiques techniques L'ensemble développé pour permettre la mission de Huygens comprend la sonde elle-même de descendant sur Titan et de l'équipement de soutien de sonde (, PSE), qui est resté attaché à Cassini. vignette|Les différents composants de la sonde spatiale.
Bouclier thermique Le bouclier thermique de Huygens a un diamètre de ; après l'éjection du bouclier, la sonde fait de diamètre.
Entry Assembly (ENA) L'Entry Assembly (ENA) est l'enveloppe externe de Huygens. Elle prend en charge l'interface avec la sonde Cassini durant le trajet jusqu'à Titan, réalise la séparation avec la sonde Cassini, assure le transport des instruments, sert de protection thermique lorsque Huygens pénètre dans l'atmosphère de Titan, et ralentit la sonde à l'aide de ses parachutes jusqu'à la libération du module de descente (Descent Module DM). Après l'entrée de Huygens dans l'atmosphère de Titan, l'ENA est larguée par le module de descente.
Module de descente (DM) Le module de descente (Descent Module, DM) comprend toute l'instrumentation scientifique de la sonde Huygens. Composé d'une coque d'aluminium et d'une structure interne sur laquelle sont fixés les instruments, il comporte en outre le parachute de descente ainsi que les appareils de contrôle de rotation.
Probe Support Equipment (PSE) L'équipement de soutien à la sonde (, PSE) est constitué de la partie conçue par l'ESA qui ne s'est pas détachée de Cassini. Pesant au total environ , elle sert au suivi de la sonde et la récupération de ses données. Le PSE inclut l'électronique nécessaire au suivi de la sonde, à la récupération des données enregistrées pendant la descente et à leur distribution à Cassini, chargée ensuite de les transmettre à la Terre.
vignette|centre|800px|Structure interne de la sonde spatiale Huygens.
Instruments scientifiques vignette|Instrument GCMS. vignette|Capteur de l'instrument HASI.
La sonde spatiale Huygens dispose de six suites d'instruments scientifiques pour mesurer les caractéristiques de l'atmosphère de Titan durant sa descente vers le sol et immédiatement après son atterrissage sur le sol de la lune.
Aerosol Collector and Pyrolyser (ACP) L'Aerosol Collector and Pyrolyser (ACP, « collecteur et pyrolyseur d'aérosols », , construit par le CNRS) est destiné à récupérer des aérosols dans l'atmosphère par l'intermédiaire de filtres, chauffant les échantillons dans des fours (en utilisant un procédé de pyrolyse) afin de vaporiser les composés volatils et de décomposer les molécules organiques complexes. Les produits sont ensuite transmis par un conduit au GCMS pour leur analyse. Deux filtres sont employés pour récupérer des échantillons à différentes altitudes.
Descent Imager/Spectral Radiometer (DISR)
Le Descent Imager/Spectral Radiometer (DISR, « imageur de descente / spectroradiomètre ») () de l'université de l'Arizona combine plusieurs instruments qui réalisent une série de photographies et d'observations spectrales à l'aide de plusieurs capteurs et angles de vue. Il comprend trois caméras (HRI, MRI et SLI) fournissant une vue complète au nadir. Deux de ces imageurs (l'un dans le visible, l'autre dans l'infrarouge) (HRI, MRI) observent la surface à la fin de la descente et, alors que la sonde tourne lentement sur elle-même, réalisant une mosaïque d'images autour du site d'atterrissage. Deux spectromètres infrarouges (ULIS qui regarde vers le haut et DLIS vers le bas) et deux spectromètres en lumière visible (ULVS qui regarde vers le haut et DLVS vers le bas) analysent le rayonnement. L'instrument comprend également deux photomètres violets (ULV et DLV). Une caméra (SA) mesure la polarisation verticale et horizontale de la lumière solaire diffusée dans deux longueurs d'onde. En mesurant les flux de radiation ascendant et descendant, il mesure l'équilibre des radiations de l'atmosphère de Titan. Des capteurs solaires mesurent l'intensité lumineuse autour du Soleil provoquée par la diffraction de sa lumière par les aérosols de l'atmosphère, ce qui permet un calcul de la taille et la densité de ces particules en suspension. En outre, un imageur placé sur le côté prend une vue horizontale de l'horizon et du dessous de la couche nuageuse. Afin de réaliser des mesures spectrales de la surface, un phare est allumé peu de temps avant l'atterrissage.
Doppler Wind Experiment (DWE) Le Doppler Wind Experiment (DWE) de l'université de Bonn () utilise un oscillateur ultra-stable afin d'augmenter la qualité des transmissions de Huygens en lui donnant une fréquence porteuse extrêmement stable. Cet instrument mesure également la vitesse du vent dans l'atmosphère de Titan par décalage Doppler de la fréquence porteuse. Le mouvement de balancier de la sonde sous son parachute à cause de propriétés de l'atmosphère peut également être détecté.Les mesures débutent à de la surface de Titan, alors que Huygens est secoué par des vents atteignant plus de , données cohérentes avec les mesures de la vitesse des vents situés à d'altitude réalisées les années précédentes par télescope. Entre 60 et , Huygens est frappé par des vents fluctuant rapidement, probablement des bourrasques verticales. Au niveau du sol, les mesures indiquent des vents légers (quelques m/s), cohérentes avec les prédictions. Les mesures de cette expérience sont transmises par l'intermédiaire du canal A de communication, canal perdu à la suite d'un problème logiciel. Cependant, les radiotélescopes basés sur Terre réussissent à récupérer suffisamment d'informations pour les reconstruire.
Gas Chromatograph and Mass Spectrometer (GCMS) Le Gas Chromatograph and Mass Spectrometer (GCMS, « chromatographe à gaz et spectromètre de masse ») est un analyseur chimique () destiné à identifier et mesurer les composants de l'atmosphère de Titan. Il est équipé d'échantillonneurs remplis à haute altitude. Le spectromètre de masse construit un modèle des masses moléculaires de chaque gaz et une séparation moléculaire et isotopique plus poussée est accomplie par le chromatographe. Pendant la descente, le GCMS analyse les produits de la pyrolyse réalisée par l'ACP. Enfin, le GCMS mesure la composition de la surface de Titan, tâche accomplie en chauffant l'instrument juste avant l'impact afin de vaporiser la surface au moment du contact.
Huygens Atmospheric Structure Instrument (HASI)